|
Бесконечна ли Вселенная
|
|
|
|
Поверхность Земли конечна. Мы можем ее измерить. Если бы она расширялась, то ее размер со временем увеличивался бы. И еще раз, старая добрая Земля помогает нам понять, что может делать Вселенная за пределами нашего обозримого горизонта.
|
|
|
|
Наше лучшее предположение о том, что происходит за горизонтом, - это то, что там просто больше всего интересного. Больше звезд, больше галактик, больше видео с кошками, созданных искусственным интеллектом. Точно так же, как мы предполагаем, что за нашим горизонтом на Земле есть больше…Земля.
|
|
|
|
Итак, насколько велика Вселенная? В целом, даже за пределами того, что мы можем видеть? Что ж, правда в том, что мы, скорее всего, никогда этого не узнаем. Наблюдаемый предел — это просто предел. Это не просто предел того, что мы можем видеть. Это предел того, что мы можем знать. Существует общее количество информации, содержащейся во Вселенной, и конечное количество информации, которое мы могли бы надеяться получить даже в бесконечном будущем.
|
|
|
|
Все, что мы можем сделать, это предположить.
|
|
|
|
Вполне возможно, что Вселенная бесконечна. Это просто продолжается, продолжается и продолжается без конца, вечно.
|
|
|
|
|
|
|
Но также возможно, что она конечна. Но как может конечная вселенная все еще не иметь границ? Как может поверхность Земли быть конечной и все же не иметь границ?
|
|
|
|
Да, у нее есть границы в третьем измерении — мы называем это космическим пространством. Но, опять же, это обман! Двумерная поверхность одновременно конечна и не имеет границ, и это кажущееся парадоксальным достижение достигается за счет того, что она изогнута.
|
|
|
|
Мы знаем, что поверхность Земли изогнута. Мы можем измерить ее, даже не отрывая ног от земли. В математике мы можем создать несколько инструментов, которые дадут нам представление о геометрии Земли. Одним из инструментов являются треугольники. На идеально ровной плоскости, когда вы рисуете треугольник, внутренние углы складываются в 180 градусов. Спасибо тебе, Евклид. Но если бы вы нарисовали гигантский маркер, выбрали три случайных города и соединили их гигантскими линиями, то в итоге получился бы треугольник с внутренними углами более 180 градусов.
|
|
|
|
Другой - через параллельные прямые. На плоской поверхности параллельные прямые никогда не пересекаются. Но на криволинейных поверхностях они пересекаются. Если мы с вами начнем с экватора и будем двигаться по прямым линиям на север, то в конечном итоге пересечем на северном полюсе. Не потому, что мы повернулись, а потому, что Земля изогнулась под нами.
|
|
|
|
Мы можем играть в те же игры, что и во Вселенной. Мы рассматриваем свет, исходящий из очень ранней Вселенной, из особого события, когда космос остыл от горячей плотной плазмы и испустил поток излучения, известного как космический микроволновый фон, или CMB. Физика этой плазмы на самом деле довольно проста (мы неплохо разбираемся в плазме здесь, на Земле), и из наших расчетов мы знаем, что в реликтовом излучении должны быть небольшие колебания температуры от места к месту. И, если бы вы знали, они были!
|
|
|
|
Кроме того, мы можем рассчитать, насколько большими должны быть эти пятна. Если Вселенная искривлена, то путь света должен был искривляться по мере прохождения всех этих миллиардов световых лет. Затем мы сравниваем их размеры с ожидаемыми. Если они разного размера, то мы знаем, что Вселенная искривлена.
|
|
|
|
Они именно такого размера, какого мы ожидаем. И именно поэтому мы знаем, что Вселенная плоская.
|
|
|
|
Дело закрыто? Вселенная бесконечна? Не так быстро.
|
|
|
|
Если бы мы попытались измерить кривизну Земли, ну, не знаю, в вашем районе, мы бы не добились большого успеха. Если ваши треугольники слишком маленькие, а параллельные линии слишком короткие, то вы не сможете получить представление об общей кривизне. Мы ограничены в наших измерениях нашим видимым пузырем. И внутри этого пузыря все кажется настолько плоским, насколько это вообще возможно.
|
|
|
|
Так что, возможно, Вселенная искривлена, но в гораздо, гораздо большем масштабе, чем наш крошечный наблюдаемый участок (я знаю, что десятки миллиардов световых лет - это не совсем так, но по сравнению с тем, насколько большой могла бы быть Вселенная).
|
|
|
|
Вполне возможно, что Вселенная изгибается сама по себе. Это означало бы, что вы могли бы двигаться в одном направлении достаточно долго и в конце концов достичь своей начальной точки, как на Земле. Но вам пришлось бы отправиться за горизонт, что в расширяющейся Вселенной невозможно, так что это возможно только в качестве теоретического упражнения.
|
|
|
|
И знаете, что по-настоящему дико? Я обещаю, что это последний кусочек запрещенного шоколада. Вселенная может быть плоской и в то же время искривленной. Проверить это. Возьмите плоский лист бумаги и нарисуйте на нем несколько треугольников и параллельных линий. Теперь согните его в виде цилиндра. Эти треугольники по-прежнему остаются треугольниками, и эти параллельные линии по-прежнему параллельны.
|
|
|
|
В этом разница между геометрией и топологией. Геометрия Вселенной кажется плоской. Но одно или несколько измерений могут быть замкнутыми, что означает, что они огибают друг друга, сохраняя при этом геометрическую плоскостность. И это может стать еще более странным. Лента Мебиуса - это просто цилиндр, который поворачивается перед соединением концов. Бутылка Кляйна - это просто вращающийся бублик. Цилиндр, бублик, лента Мебиуса и бутылка Кляйна геометрически плоские.
|
|
|
|
В трехмерном пространстве известно 17 различных топологий, которые все геометрически плоские. Моей любимой является, конечно, пространство Ханска-Вендта, в котором используются шестиугольные разбиения по одному и тому же образцу.
|
|
|
|
Мы искали замкнутые топологии. Мы искали точки пересечения в космическом микроволновом фоне или галактики, которые появляются на противоположных сторонах неба. Насколько мы можем судить, Вселенная одновременно плоская и простая, то есть ни одно из измерений не замыкается само на себя. Но опять же, есть предел тому, что мы можем увидеть, так что, возможно, мы никогда не узнаем наверняка.
|
|
|
|
И я еще даже не начинал говорить о мультивселенной, где наша вселенная, даже за пределами наблюдаемого предела, является всего лишь одним пузырем среди потенциальной бесконечности других пузырей, которые расширяются друг от друга и порождают новые большие взрывы в промежутках между ними, но…Я думаю, на сегодня этого достаточно.
|
|
|
|
Источник
|
